新型经鼻可卡因自主给药模型在小鼠成瘾行为研究中的建立与应用

《Nature Communications》：Intranasal cocaine self-administration in male mice

本刊推荐：为克服传统静脉自给药(IVSA)技术的手术难度高、动物损耗大及与现代神经技术兼容性差等问题，研究者开发了头固定小鼠经鼻可卡因自主给药(INSA)模型。该模型无需植入导管，可驱动剂量/方案依赖性行为，产生与人类滥用者相当的血液浓度，为成瘾机制研究提供了更高面部效度的新范式。

　　

在药物成瘾研究领域，科学家们一直致力于开发能够准确模拟人类吸毒行为的动物模型。其中，静脉自给药（IVSA）技术在过去一个世纪里被视为研究麻醉品自愿使用行为的金标准，被广泛用于探索动机、决策和成瘾的神经环路和受体基础。然而，这一经典技术正面临严峻挑战：它需要高超的静脉导管植入手术技巧，小鼠模型的实验损耗率常常超过50%，且难以与现代神经科学技术（如多光子成像）进行整合。更根本的是，静脉注射这种用药方式与人类的实际吸毒模式存在差异——大多数人类吸毒者最初是通过鼻吸方式开始接触毒品的，特别是可卡因使用者，无论娱乐性使用者还是寻求治疗的人群，经鼻给药始终是主要途径。

为了突破这些技术和概念上的限制，来自范德比尔特大学的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究，成功建立了头固定小鼠经鼻可卡因自主给药（INSA）程序。这一模型不仅规避了手术植入物的需求，还首次实现了非人动物自愿性鼻吸给药行为，这一行为传统上被认为是人类特有的。

研究团队通过标准外科手术将铝锚定杆固定在小鼠头骨上，恢复后让小鼠在头固定状态下进行操作行为训练。他们开发了一套微流体输送系统，包括安装在三维微型操纵器上的钝头针和高分辨率注射泵，能够在小鼠操作杠杆后立即在鼻孔前输送0.5μL可卡因溶液滴剂，供小鼠自主吸入。

经鼻可卡因作为强化物的验证

研究人员首先验证了经鼻可卡因是否具有强化作用。实验显示，当反应被4mg/kg可卡因滴剂强化时，小鼠对可卡因配对杠杆的反应显著增加，证明可卡因在这种条件下是有效的强化物。组织病理学评估进一步证实，重复的亚微升滴剂吸入不会导致肺部炎症或损伤，表明该方法是安全的。

剂量依赖性和持续摄入特性

研究团队发现，小鼠对经鼻可卡因的表现出典型的倒U型剂量反应关系，以及剂量依赖性摄入。在延长访问会话（2-3小时）中，动物在整个过程中维持反应，并表现出可卡因摄入量的线性增加，这与仅能进行短时程会话的传统小鼠静脉模型形成鲜明对比。

血浆可卡因浓度显著升高

通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）分析，研究人员证实自给药小鼠的血浆可卡因浓度显著高于对照组。观察到的数值（6.3±2.4μg/mL）通常高于单次静脉推注或静脉自给药后观察到的值，与人类经鼻或静脉给药后达到的峰值血液浓度相当。摄入速率（mg/kg/min）与血浆可卡因浓度呈强正相关。

反应依赖于可卡因输送

为确认反应主要由可卡因输送驱动而非非条件性行为，研究人员比较了可卡因组和盐水组的反应模式。可卡因组在不同固定比率（FR）要求下维持高水平反应，而盐水组参与度极低。时间模式分析显示，可卡因自给药与快速一致的输送间隔相关。

支持高强度反应能力

在渐进比率（PR）方案下，可卡因组动物表现出更高的断点（breakpoint）和总反应数，反应速率（280.7±94.03反应/小时）显著高于先前报道的小鼠静脉可卡因研究，且落在人类经鼻或静脉可卡因渐进比率研究中观察到的范围内。

适用于行为经济学分析

研究人员设计了会话内阈值程序，让小鼠在6小时会话中接触递减系列的可卡因单位剂量（180-2μg/输送）。价格（获得1mg所需反应数）通过减少每次输送的可卡因量而增加。个体价格与消费之间的关系通过指数需求函数很好描述，可以计算需求强度（Q₀）和弹性（P_max，α）等行为经济学参数。

关键实验技术方法

本研究主要采用头固定手术植入铝锚定杆；微流体输送系统精确输送可卡因溶液；通过固定比率（FR）、渐进比率（PR）和会话内行为经济学任务等多重操作行为方案评估强化效能；使用液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）检测血浆可卡因浓度；组织病理学评估肺部安全性。实验对象为成年雄性C57BL/6J小鼠。

研究结论与意义

这项研究首次建立了头固定小鼠经鼻可卡因自主给药程序，成功解决了传统静脉自给药模型的技术难题。该模型不需要任何植入物或专业手术技能，与需要头固定的现代神经科学技术兼容，并提供了更高面部效度的可卡因使用障碍建模方法。研究证明经鼻可卡因能够驱动强劲的剂量和方案依赖性反应，产生临床相关的血液浓度，支持高强度努力行为，并符合行为经济学原则。这一创新平台为研究成瘾的神经机制提供了更优工具，有望促进对可卡因使用障碍的神经生物学基础的理解，并可适应于建模其他经鼻滥用药物（如海洛因和苯丙胺）的自我给药行为。